一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置及测试方法

专利名称：一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置及测试方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210650762.0

专利申请（专利权）人：一汽解放汽车有限公司
权利人地址：江苏省无锡市梁溪区永乐东路99号

专利发明（设计）人：赵舟,郑冰,倪永成,靳玉刚,刘豪,江杰,赵子超,易正根

专利摘要：本发明公开了一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置及测试方法，涉及可靠性技术领域。所述燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置包括进气模块、调节模块和测试模块，所述进气模块用于提供气体，所述调节模块与所述进气模块连接，用于改变所述气体的温度，所述调节模块和所述测试模块连接，所述测试模块包括依次连接的第一压力传感器、待测喷射器、第二压力传感器和背压阀，第一压力传感器和第二压力传感器分别检测所述待测喷射器进口和出口的气压，所述背压阀用于调节所述待测喷射器出口的背压。本发明通过冷热循环对待测喷射器进行加速老化，并采用保压法检测待测喷射器工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。

主权利要求：
1.一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，其特征在于，包括：
进气模块（1），所述进气模块（1）用于提供气体；
调节模块（2），所述调节模块（2）与所述进气模块（1）连接，用于改变所述气体的温度；
测试模块（3），所述调节模块（2）和所述测试模块（3）连接，所述测试模块（3）包括依次连接的第一压力传感器（31）、待测喷射器（32）、第二压力传感器（33）和背压阀（34），第一压力传感器（31）和第二压力传感器（33）分别检测所述待测喷射器（32）进口和出口的气压，所述背压阀（34）用于调节所述待测喷射器（32）出口的背压；
所述调节模块（2）包括调节单元（21）、第一中冷器（22）和第二中冷器（23），所述第一中冷器（22）和所述第二中冷器（23）分别与所述调节单元（21）连接，且所述第一中冷器（22）和所述第二中冷器（23）分别与所述待测喷射器（32）连接以形成对应的常温通道和冷热循环通道，所述调节单元（21）用于调节所述气体温度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，其特征在于，所述调节模块（2）还包括第一开关阀（24）和第二开关阀（25），所述第一开关阀（24）设置在常温通道上，所述第二开关阀（25）设置在冷热循环通道上。
3.根据权利要求1所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，其特征在于，所述待测喷射器（32）设置有多个，其中部分所述待测喷射器（32）与所述第一中冷器（22）连接，另一部分所述待测喷射器（32）与所述第二中冷器（23）连接。
4.根据权利要求1所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，其特征在于，所述测试模块（3）还包括采集单元（35），所述采集单元（35）设置在所述待测喷射器（32）的出口，所述采集单元（35）用于收集所述待测喷射器（32）喷射时产生的杂质。
5.根据权利要求1所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，其特征在于，所述进气模块（1）包括相连接的空压机、冷干机、储气罐和过滤器，所述过滤器和所述调节模块（2）连接。
6.一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，基于权利要求1至5中任一项所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，其特征在于，包括以下步骤：调节模块（2）调节进气模块（1）提供的气体温度，并将调节后的气体充入待测喷射器（32）中；
测试所述待测喷射器（32）稳定运行时间段内的平均流量。
7.根据权利要求6所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，其特征在于，所述调节模块（2）调节进气模块（1）提供的气体温度步骤具体包括：调节单元（21）通过常温通道将所述气体输入到所述待测喷射器（32）中；或所述调节单元（21）通过冷热循环通道将所述气体输入到所述待测喷射器（32）中。
8.根据权利要求6所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，其特征在于，所述测试所述待测喷射器（32）稳定运行时间段内的平均流量步骤之前包括：通过第一压力传感器（31）和第二压力传感器（33）分别检测所述待测喷射器（32）进口和出口的气压。
9.根据权利要求6所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，其特征在于，还包括：背压阀（34）调节待测喷射器（32）出口的压力；
测试所述待测喷射器（32）稳定运行时间段内的平均流量值。 说明书 : 一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置及测试方法技术领域[0001] 本发明涉及可靠性技术领域，尤其涉及一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置及测试方法。背景技术[0002] 氢气喷射器的作用是用来控制进入燃料电池的氢气压力及流量，并根据工况需求进行相应调整的，即通过控制氢气喷射器做排气动作的频率以调节其出口的氢气流量。为了能保证氢气喷射器的使用质量，通常要对氢气喷射器进行可靠性试验，即模拟氢气喷射器实际运行情况以评估其使用寿命。然而，传统的可靠性测试装置往往是模拟实际情况对氢气喷射器进行可靠性试验，试验时间长且效率低下。发明内容[0003] 本发明的其中一个目的在于提出一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，通过冷热循环对待测喷射器进行加速老化，并采用保压法检测待测喷射器工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。[0004] 为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：[0005] 一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，包括：[0006] 进气模块，所述进气模块用于提供气体；[0007] 调节模块，所述调节模块与所述进气模块连接，用于改变所述气体的温度；[0008] 测试模块，所述调节模块和所述测试模块连接，所述测试模块包括依次连接的第一压力传感器、待测喷射器、第二压力传感器和背压阀，第一压力传感器和第二压力传感器分别检测所述待测喷射器进口和出口的气压，所述背压阀用于调节所述待测喷射器出口的背压。[0009] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置的可选方案，所述调节模块包括调节单元、第一中冷器和第二中冷器，所述第一中冷器和所述第二中冷器分别与所述调节单元连接，且所述第一中冷器和所述第二中冷器分别与所述待测喷射器连接以形成对应的常温通道和冷热循环通道，所述调节单元用于调节所述气体温度。[0010] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置的可选方案，所述调节模块还包括第一开关阀和第二开关阀，所述第一开关阀设置在常温通道上，所述第二开关阀设置在冷热循环通道上。[0011] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置的可选方案，所述待测喷射器设置有多个，其中部分所述待测喷射器与所述第一中冷器连接，另一部分所述待测喷射器与所述第二中冷器连接。[0012] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置的可选方案，所述测试模块还包括采集单元，所述采集单元设置在所述待测喷射器的出口，所述采集单元用于收集所述待测喷射器喷射时产生的杂质。[0013] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置的可选方案，所述进气模块包括相连接的空压机、冷干机、储气罐和过滤器，所述过滤器和所述调节模块连接。[0014] 本发明的有益效果为：本发明提供了一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，使用时，通过调节模块调节进入待测喷射器的气体温度，从而实现待测喷射器分别在常温以及冷热循环下可靠性分析，且通过冷热循环不仅能对待测喷射器进行加速老化，还能暴露出待测喷射器在材料和加工制造上的缺陷，并考核其在特定环境中的适应能力，提高可靠性结果的准确性和完整度。另外，通过用背压阀调节待测喷射器出口的背压，从而尽可能模拟氢气喷射器的实际环境，提高可靠性测试的准确度。同时，通过在待测喷射器进口和出口分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，以通过保压法检测待测喷射器工作时气体的泄漏量，相对于微流流量计检测气体泄漏量而言，更为精准和方便。该燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置通过冷热循环对待测喷射器进行加速老化，并采用保压法检测待测喷射器工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。[0015] 本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，基于上述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，通过冷热循环对待测喷射器进行加速老化，并采用保压法检测待测喷射器工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。[0016] 为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：[0017] 一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，基于如上所述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，包括以下步骤：[0018] 调节模块调节进气模块提供的气体温度，并将调节后的气体充入待测喷射器中；[0019] 测试所述待测喷射器稳定运行时间段内的平均流量。[0020] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法的可选方案，所述调节模块调节进气模块提供的气体温度步骤具体包括：[0021] 调节单元通过常温通道将所述气体输入到所述待测喷射器中；或[0022] 所述调节单元通过冷热循环通道将所述气体输入到所述待测喷射器中。[0023] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法的可选方案，所述测试所述待测喷射器稳定运行时间段内的平均流量步骤之前包括：[0024] 通过第一压力传感器和第二压力传感器分别检测所述待测喷射器进口和出口的气压。[0025] 作为一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法的可选方案，还包括：[0026] 背压阀调节待测喷射器出口的压力；[0027] 测试所述待测喷射器稳定运行时间段内的平均流量值。[0028] 本发明的有益效果为：本发明提供了一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，基于上述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，通过冷热循环对待测喷射器进行加速老化，并采用保压法检测待测喷射器工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。[0029] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明[0030] 图1是本发明具体实施方式提供的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置的结构示意图。[0031] 附图标记：[0032] 1、进气模块；[0033] 2、调节模块；21、调节单元；22、第一中冷器；23、第二中冷器；24、第一开关阀；25、第二开关阀；[0034] 3、测试模块；31、第一压力传感器；32、待测喷射器；33、第二压力传感器；34、背压阀；35、采集单元；36、第一进气气轨；37、第二进气气轨；38、排气气轨；39、流量计。具体实施方式[0035] 下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0036] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0037] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0038] 需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。[0039] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。[0040] 如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，包括进气模块1、调节模块2和测试模块3，进气模块1用于提供气体，调节模块2与进气模块1连接，用于改变气体的温度，调节模块2和测试模块3连接，测试模块3包括依次连接的第一压力传感器31、待测喷射器32、第二压力传感器33和背压阀34，第一压力传感器31和第二压力传感器33分别检测待测喷射器32进口和出口的气压，背压阀34用于调节待测喷射器32出口的背压。[0041] 使用时，通过调节模块2调节进入待测喷射器32的气体温度，从而实现待测喷射器32分别在常温以及冷热循环下可靠性分析，且通过冷热循环不仅能对待测喷射器32进行加速老化，还能暴露出待测喷射器32在材料和加工制造上的缺陷，并考核其在特定环境中的适应能力，提高可靠性结果的准确性和完整度。另外，通过用背压阀34调节待测喷射器32出口的背压，从而尽可能模拟氢气喷射器的实际环境，提高可靠性测试的准确度。同时，通过在待测喷射器32进口和出口分别设置第一压力传感器31和第二压力传感器33，以通过保压法检测待测喷射器32工作时气体的泄漏量，相对于微流流量计检测气体泄漏量而言，更为精准和方便。该燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置通过冷热循环对待测喷射器32进行加速老化，并采用保压法检测待测喷射器32工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。[0042] 需要说明的是，本实施例中的待测喷射器32为氢气喷射器。[0043] 具体地，调节模块2包括调节单元21、第一中冷器22和第二中冷器23，第一中冷器22和第二中冷器23分别与调节单元21连接，且第一中冷器22和第二中冷器23分别与待测喷射器32连接以形成对应的常温通道和冷热循环通道，调节单元21通过调节防冻液的温度间接调节气体温度，从而实现待测喷射器32分别在常温状态和冷热循环状态下的可靠性测试。[0044] 具体地，调节模块2还包括第一开关阀24和第二开关阀25，第一开关阀24设置在常温通道上，第二开关阀25设置在冷热循环通道上，即通过第一开关阀24和第二开关阀25分别实现常温通道和冷热循环通道的开闭。示例性地，第一开关阀24和第二开关阀25均为切断阀。[0045] 其中，测试模块3还包括第一进气气轨36、第二进气气轨37和排气气轨38，第一中冷器22通过第一进气气轨36和待测喷射器32连接，第二中冷器23通过第二进气气轨37和待测喷射器32连接，背压阀34通过排气气轨38和待测喷射器32连接，第一进气气轨36和第二进气气轨37上均设置有第一压力传感器31，排气气轨38上设置有第二压力传感器33。本实施例中，背压阀34和排气气轨38之间还设置有流量计39，以检测排气气轨38排气的流量值。[0046] 进一步地，为了提高可靠性测试的效率，待测喷射器32设置有多个，其中部分待测喷射器32与第一中冷器22连接，另一部分待测喷射器32与第二中冷器23连接。示例性地，待测喷射器32设置有六个，其中三个待测喷射器32与第一进气气轨36，另外三个与第二进气气轨37连接。[0047] 其中，测试模块3还包括采集单元35，采集单元35设置在待测喷射器32的出口，采集单元35用于收集待测喷射器32喷射时产生的杂质，示例性地，采集单元35用于收集待测喷射器32喷射时产生的杂质。示例性地，采集单元35为空气过滤器。即在未开始可靠性试验前先对空气过滤器的滤芯进行称重，再进行可靠性试验一段时间t后再次对滤芯进行称重，从而可得到t时间内待测喷射器32喷出的杂质重量，通过与标准的杂质重量进行对比以判断待测喷射器32的喷射的可靠性情况。[0048] 具体地，为了能提供待测喷射器32所需的气体，进气模块1包括相连接的空压机、冷干机、储气罐和过滤器，过滤器和调节模块2连接。既通过空压机对空气进行压缩，空气被压缩从而升温产生热量并分别通过冷干机进行降温和过滤器进行过滤。[0049] 本实施例还提供了一种燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法，其基于上述的燃料电池氢气喷射器的可靠性测试装置，包括以下步骤：[0050] 调节模块2调节进气模块1提供的气体温度，并将调节后的气体充入待测喷射器32中；[0051] 测试待测喷射器32稳定运行时间段内的平均流量。即测试待测喷射器32在出口排空条件下的可靠性测试。[0052] 其中，调节模块2调节进气模块1提供的气体温度步骤具体包括：[0053] 调节单元21通过常温通道将气体输入到待测喷射器32中；或[0054] 调节单元21通过冷热循环通道将气体输入到待测喷射器32中。从而实现对待测喷射器32分别进行常温环境和冷热循环环境下的可靠性试验。[0055] 进一步地，测试待测喷射器32稳定运行时间段内的平均流量步骤之前包括：[0056] 通过第一压力传感器31和第二压力传感器33分别检测待测喷射器32进口和出口的气压。从而通过保压法检测待测喷射器32工作时气体的泄漏量，提高可靠性结果的准确性和完整度。[0057] 进一步地，燃料电池氢气喷射器的可靠性测试方法还包括：[0058] 背压阀34调节待测喷射器32出口的压力；[0059] 测试待测喷射器32稳定运行时间段内的平均流量值。即通过待测喷射器32出口背压条件下进行可靠性测试。[0060] 其中，测试待测喷射器32稳定运行时间段内的平均流量步骤具体包括：[0061] 初期磨合：在20Hz频率下，使待测喷射器32在喷射时间(又称喷射脉宽)5ms下运行30min，以使待测喷射器32能进入正常运行状态；[0062] 初期总流量：在50Hz频率、待测喷射器325ms脉宽下，记录得到流量计39中的流量值qa；[0063] 初期保压：保持与待测喷射器32相对应的第一进气气轨36或第二进气气轨37的压力为预设压力，并关闭背压阀34和待测喷射器32，以得到30s内第二压力传感器33的上升压力值ΔP：[0064] 定期监控：每1s获取第一压力传感器31的压力值，每1min记录第一压力传感器31的压力值，并实时监控流量计39中的流量值，若出现连续30s压力值高于或者低于预设压力20％的情况则视为异常，进而进行停机检查；[0065] 若流量值中流量与qa偏差超过±10％则停止试验，对待测喷射器32进行拆检。[0066] 其中，考虑到待测喷射器32设置有多个，为了避免出现多个待测喷射器32累加误差相互抵消导致监测的流量值未有变化，因此需要对每个待测喷射器32进行复测。即对每个待测喷射器32进行多次喷射试验，若每个待测喷射器32的n次流量值与之前n‑1次流量值偏差超过5％则说明待测喷射器32的喷嘴出现磨损，则需更换喷嘴后继续试验。[0067] 同理，若第n次试验ΔP大于第n‑1次试验1％ΔP，则需对待测喷射器32进行检测，则说明密封性出现问题，需进行检测后再继续进行可靠性试验。[0068] 在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0069] 以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

专利地区：江苏

专利申请日期：2022-06-09

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115000459B